基本信息
- 項目名稱：
- 磁性碳納米管的合成及其在質(zhì)粒DNA純化中的應(yīng)用研究
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡介：
- 本文首次以多巴胺為偶聯(lián)劑，合成了納米磁性粒子修飾的碳納米管復(fù)合材料，并就其在質(zhì)粒DNA純化中的應(yīng)用展開了研究。
- 詳細介紹：
- 本文以多巴胺為偶聯(lián)劑，合成了納米磁性粒子修飾的碳納米管(MWNT-MNPs)，并就其在質(zhì)粒DNA純化中的應(yīng)用展開了研究。經(jīng)透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FTIR)分析表明，鐵氧體納米粒子通過多巴胺介導(dǎo)連接到碳納米管表面。產(chǎn)物分散性高、磁響應(yīng)性強(飽和磁化強度為24.750 emug)。以MWNT-MNPs作為固相載體，對裂解液中質(zhì)粒DNA的回收率可達105.7%（以異丙醇離心沉淀法的回收量為對照），純化的DNA A260/A280比值為1.803，且主要以超螺旋構(gòu)象存在，酶切實驗表明DNA的生物學(xué)質(zhì)量可滿足一般分子生物學(xué)實驗的要求。與傳統(tǒng)方法相比較，本提取法具有高效、便捷和安全環(huán)保等優(yōu)點，不僅適合于實驗室的小量質(zhì)粒DNA的提取，也適合于自動化DNA分析檢測平臺的構(gòu)建。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 為了對磁性碳納米管合成及其在質(zhì)粒DNA純化中的應(yīng)用研究作出總結(jié)和分析，特撰寫此論文。本文先合成材料，再進一步展開應(yīng)用：首先以多巴胺為偶聯(lián)劑，經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)有效地將納米磁性粒子連接到碳納米管表面，合成磁性碳納米管，并進行表觀鑒定；其次，基于該納米材料應(yīng)用于pDNA提純，同時，就影響pDNA純化的各種條件展開了一系列研究，優(yōu)化出質(zhì)粒提純的最佳路徑，提高純化效率。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 第一，本文首次以多巴胺為偶聯(lián)劑，實現(xiàn)了碳納米管的磁性化修飾，建立了新的磁性碳納米管合成理論體系，為碳納米管的磁性化修飾提供了新的方法； 第二，本文提出以磁性碳納米管一維納米材料為固相載體純化pDNA的思路，探索出了高效快捷、經(jīng)濟實用、安全環(huán)保的pDNA提取技術(shù)，為纖維狀生物大分子特別是DNA的純化提供了一個新的思路，該方法未見報道。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本研究獲得分散性好，磁響應(yīng)性強的磁性碳納米管，該材料不僅可以應(yīng)用于生物大分子的分離純化，在信息技術(shù)、環(huán)境工程及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。 本文以磁性碳納米管為固相載體純化pDNA，與傳統(tǒng)方法相比較，不僅提高了pDNA的回收率，且操作便捷、安全環(huán)保。此外，因磁性碳納米管對DNA捕獲能力強，該方法有望解決刑偵犯罪、體育賽事和一些生物學(xué)研究中痕量DNA富集的難題。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 摘要：本文首次以多巴胺為偶聯(lián)劑，合成了納米磁性粒子修飾的碳納米管(MWNT-MNPs)，并就其在質(zhì)粒DNA純化中的應(yīng)用展開了研究。經(jīng)透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FTIR)分析表明，鐵氧體納米粒子通過多巴胺介導(dǎo)連接到碳納米管表面。產(chǎn)物分散性高、磁響應(yīng)性強(飽和磁化強度為24.750 emu/g)。以MWNT-MNPs作為固相載體，對裂解液中質(zhì)粒DNA的回收率可達105.7%（以異丙醇離心沉淀法的回收量為對照），純化的DNA A260/A280比值為1.803，且主要以超螺旋構(gòu)象存在，酶切實驗表明DNA的生物學(xué)質(zhì)量可滿足一般分子生物學(xué)實驗的要求。與傳統(tǒng)方法相比較，本提取法具有高效、便捷、經(jīng)濟和安全等優(yōu)點，不僅適合于實驗室的小量質(zhì)粒DNA的提取，也適合于自動化DNA分析檢測平臺的構(gòu)建。
獲獎情況
- 2011年4月，獲四川農(nóng)業(yè)大學(xué)“挑戰(zhàn)杯”大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽校級一等獎。
鑒定結(jié)果
- 合成的磁性碳納米管經(jīng)TEM檢測，飽和磁化強度為24.750 emu/g。
參考文獻
- 參考文獻 [16] S.T. Pham, K.C. Nguyen, H.V. Pham., et al., Evaluation of novel carbon nano-tube particles in the bacterial and viral DNA and RNA extraction from the clinical samples. Proceedings of the 3rd International Conference on the Development of BME in Vietnam, (2010) 11-14. [21] C.j. Xu, K.M. Xu, H.W. Gu., et al., Dopamine as a robust anchor to immobilize functional molecules on the iron oxide shell of magnetic nanoparticles. J. Am. Chem. Soc, 126 (2004) 9938-9939. [23] D. Yang, J.H. H, Controlled Synthesis of Magnetite-Silica Nanocomposites via a Seeded Sol-Gel Approach. J. Phys. Chem. C, 13 (2009) 7646-7651. [24] V.A. Pedrosaa, S. Paliwala, S.Balasubramaniana., et al., Enhanced stability of enzyme organophosphate hydrolase interfaced on the carbon nanotubes. Colloid Surface B. 77 (2010) 69-74.
同類課題研究水平概述
- 國內(nèi)外鮮有研究關(guān)注CNTs的生物學(xué)應(yīng)用，特別是在分離純化方面的潛力。直到2010年，Pham等[16]才首次成功將CNTs用于細菌和病毒DNA捕獲。但因CNTs沒有磁性或磁性微弱（有結(jié)構(gòu)缺陷的CNTs存在弱磁性），不便于實現(xiàn)其外磁場下的操縱性和快速分離特性，因而不利于高效、快速的DNA分離純化技術(shù)的構(gòu)建。不過，CNTs表面存在的缺陷給其表面修飾和功能化創(chuàng)造了有利條件，如通過酯化反應(yīng)、酰胺反應(yīng)和直接加成等可將長鏈烷基、聚合物、生物分子等連接在CNTs表面，衍生后的CNTs可進一步偶聯(lián)納米磁性材料。如Williams等[17]通過酰胺鍵將單鏈核酸連接到CNTs表面，提高了CNTs的分散性；Cheng等[18]將聚二甲基二烯丙基氯化銨(PDDA)包覆CNTs，再利用靜電引力吸附四氧化三鐵納米粒子，制備出檢測大腸桿菌的生物傳感器；Liu 等[19]利用納米磁性粒子與碳納米管間的靜電吸附力，自組裝得到了Fe3O4-CNTs復(fù)合物，雖該復(fù)合物具有較高的磁化強度，但TEM檢測表明Fe3O4-MNPs在CNTs表面分布極不均，不免影響復(fù)合材料的吸附性。Cao等[20]用十二烷基苯磺酸鈉(NaSDBS)處理CNTs使其表面首先吸附SO42+，再吸附鐵氧化物，得到復(fù)合材料，經(jīng)VSM檢測，產(chǎn)物飽和磁化強度為20.07 emu/g，但作者僅指出了CNTs在電子元件和數(shù)據(jù)儲存材料方面的應(yīng)用，未就其生物學(xué)應(yīng)用展開分析。盡管CNTs修飾及應(yīng)用的報道諸多，但CNTs的磁性化修飾并不多見。這些報道往往操作步驟繁多，實驗條件苛刻，且CNTs與磁性粒子間往往僅通過次級鍵維系，因而修飾后的碳納米管存在結(jié)合不穩(wěn)定、不便長期儲存等缺點，影響了其吸附性能的發(fā)揮。
